ระบบสาธิตการสื่อสารผ่านดาวเทียมด้วยแสงเลเซอร์ หรือ Laser Communication Relay Demonstration ( LCRD ) ที่ NASA ได้มีการศึกษาวิจัยถึงความเป็นไปได้ของหลักการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์นำไปประยุกต์ใช้บนระบบการสื่อสารผ่านดาวเทียมมาช่วงเวลาหนึ่ง ถึงเวลาที่ระบบดังกล่าวจะถูกนำส่งไปยังอวกาศเพื่อทดสอบขีดความสามารถอย่างเต็มรูปแบบ
เมื่อ 7 ธันวาคม พ.ศ.2564 เวลา 05.19 น. (EST) หรือ 17.19 น.เวลาประเทศไทย โดยดาวเทียม LCRD ได้ถูกนำส่งในภารกิจ Space Test Program Satellite-6 ด้วยจรวด Atlas V ของ United Launch Alliance (ULA) จาก Cape Canaveral สถานีฐานของกองทัพอวกาศสหรัฐฯ ในรัฐฟลอริด้า ภารกิจนี้เป็นส่วนหนึงของ Space Test Program 3 ของกองทัพอวกาศสหรัฐฯ
LCRD จะปฏิวัติการระบบการสื่อสารเดิมของ NASA กับวัตถุอวกาศอย่างอวกาศยาน โดยใช้ขีดความสามารถเฉพาะของการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์ ซึ่งในปัจจุบัน NASA ใช้การสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุสำหรับการรับ-ส่งข้อมูลระหว่างอวกาศยาน ซึ่งการสื่อสารดังกล่าวนั้นถูกนำมาใช้ตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของการสำรวจอวกาศ และได้พิสูจน์ว่าสามารถสนับสนุนภารกิจอวกาศต่าง ๆ อย่างลุล่วงเรื่อยมา อย่างไรก็ตามเมื่อภารกิจอวกาศในปัจจุบันและอนาคต มีแนวโน้มของจำนวนปริมาณข้อมูลมากขึ้นอย่างมหาศาล จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเพิ่มขีดความสามารถของการสื่อสาร เพื่อให้สามารถรองรับการปริมาณข้อมูลที่เพิ่มขึ้นได้ การสื่อสารผ่านแสงเซอร์จึงเป็นทางเลือกของการเพิ่มขีดความสามารถดังกล่าว ทั้งนี้การเข้ารหัสและส่งข้อมูลด้วยอัตราเร็วได้มากถึง 10-100 เท่า เมื่อเทียบกับระบบการสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุเดิม ด้วยความก้าวหน้าของความสามารถในกาส่งข้อมูล จะสามารถให้ภารกิจอวกาศต่าง ๆ สามารถสื่อสารกันด้วยภาพและวีดิโอความละเอียดสูงจากเดิมที่เคยเป็นมา
ข้อเปรียบเทียบระหว่างคลื่นอินฟราเรดและวิทยุ ระบบการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์จะใช้ย่านความยาวคลื่นของแสงจำนวนมากกกว่าคลื่นวิทยุ จึงเป็นข้อดีของเทคโนดลยีการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์ แสงเลเซอร์ที่ใช้แสงความยาวคลื่นย่าน Invisible Infrared มีความยาวคลื่นที่สั้นกว่าคลื่นวิทยุ ซึ่งจะสามารถทำให้การส่งข้อมูลทำได้ในปริมาณที่มากกว่าเทียบช่วงเวลาที่เท่ากัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้รับข้อมูลที่ส่งมายังโลกเร็วขึ้น ทั้งนี้หากใช้คลื่นวิทยุในการส่งแผนที่ดาวอังคารมายังโลกนั้น จะต้องใช้เวลาถึง 9 สัปดาห์ แต่หากใช้แสงเลเซอร์นั้นจะสามารถลดระยะเวลา เหลือเพียงแค่ 9 วันเท่านั้น
LCRD ถูกติดตั้งในบอร์ดดาวเทียม Space Test Program Satellite-6 (STPSat-6) ของกระทรวงกลาโหมสหรัฐ (Department of Defense : DoD) โดยจะเข้าไปอยู่ในระนาบวงโคจร Geosynchronous ที่ความสูงจากพื้นโลกเฉลี่ย 22,000 ไมล์ เพื่อสนับสนุนภารกิจต่าง ๆ ในวงโคจรอบโลกระดับต่ำ (Low Earth Orbit :LEO) ซึ่งก่อนจะนำมาสนับสนุนภารกิจต่าง ๆ LCRD จะต้องทดสอบขีดความสามารถด้วยการทดลองที่พัฒนาโดย NASA หน่วยงานราชการอื่น ๆ ภาคอุตสาหกรรม และภาคการศึกษา ทั้งนี้การทดสอบจะวัดประสิทธิผลการทำงานของระบบสื่อสาร ฯ สาธิตให้เห็นถึงการที่ระบบจะตอบโจทย์ความจำเป็นของภาคอุตสาหกรรมที่เพิ่มมากขึ้นในการอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้น
ภารกิจอวกาศต่าง ๆ จะส่งข้อมูลไปยัง LCRD หลังจากนั้นจะส่งต่อ (Relay) ข้อมูลลงมายังสถานีภาคพื้นที่กำหนดไว้ ซึ่งสถานีภาคพื้นบนโลกจะตั้งอยู่จุดความสูงบนภูเขาของรัฐแคลิฟอร์เนียและฮาวาย ซึ่งถูกเลือกด้วยปัจจัยของพื้นที่ครอบคลุมของเมฆน้อยที่สุด เพราะแสงเลเซอร์ไม่สามาถทะลุผ่านเมฆได้เหมือนการสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุและแสงเลเซอร์ ดังนั้น NASA จึงต้องสร้างระบบที่มีความยืดหยุ่นให้สามารถใช้งานด้วยปัจจัยของการรบกวนของสภาพอากาศ LCRD จะทำการทดสอบกับรูปแบบของพื้นที่ครอบคลุมหลาย ๆ แบบ เพื่อรวบรวมข้อมูล เกี่ยวกับความยืดหยุ่นของระบบการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์
LCRD จึงเหมือนเป็นการปูทางสำหรับภารกิที่ต้องสื่อสารผ่านเลเซอร์ในอนาคต ทั้งนี้ระบบแรกที่ใช้งานต้องติดตั้ง จะต้องติดตั้ง LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T) บนสถานีอวกาศ ILLUMA-T จะทำการส่งข้อมูลข้อมูลไปยัง LCRD ด้วยอัตราเร็ว 1.2 Gbps ที่จะสามารถส่งข้อมูลทดลองความละเอียดสูง เพื่อส่งกลับมายังโลกได้
ระบบการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์เป็นอุดมคติสำหรับภารกิจอย่างสถานีอวกาศ ไม่ใช่เพียงเพราะการเพิ่มขีดความสามารถในการส่งข้อมูลที่มากขึ้นเท่านั้น แต่ยังเพราะระบบแสงเลเซอร์ยังลดขนาด นำหนัก และความต้องการของกำลังส่ง ขนาดเล็กลงก็จะหมายความว่าขนาดที่ว่างก็จะมากขึ้น นำหนักที่เบาลงก็ทำให้ค่าใช้จ่ายของการนำส่งถูกลง กำลังไฟฟ้าที่ต้องการน้อยลงส่งผลให้การใช้พลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรีบนอวกาศยานได้นานขึ้นด้วย
LCRD จะสาธิตให้เห็นถึงประโยชน์อันมากกมายของระบบการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์แบบใกล้โลก ซึ่งจะพิสูจน์ให้เห็นว่าระบบการสื่อสารดังกล่าวจะเป็นทางเลือกสำหรับการเดินทางกลับไปยังดวงจันทร์และต่อไปยังดาวอังคาร
แหล่งที่มา : https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/lcrd_fact_sheet.pdf
แปลและเรียบเรียงโดย จ.อ.ธวัชชัย หันจันทร์
